煤泥水中微细高岭石/蒙脱石颗粒表面水化分子动力学模拟研究

煤泥颗粒界面水化是煤泥水难以沉降脱水的主要原因,采用分子动力学模拟研究了煤泥水中主要微细黏土矿物颗粒高岭石及蒙脱石颗粒界面水化分子动力学特性,模拟计算了矿物颗粒界面水平衡构型、界面原子浓度、水分子扩散系数及金属离子的影响。研究结果表明:水分子能够通过氢键在高岭石及蒙脱石颗粒表面发生水化作用;随水覆盖率(或水分子数)的不断增加,矿物颗粒表面对水分子的束缚力逐渐减小,界面处的氢键作用逐渐减弱,其中水分子在亲水性的高岭石和蒙脱石界面能逐渐形成3个水分子层,总厚度为(8~10)×10-10 m;高岭石(001)面水化程度大于蒙脱石(001)面;二价金属离子对蒙脱石水化的促进作用强于一价金属离子。     

不同温度下高岭石变形及破坏机理的 分子动力学模拟

在不同温度条件下,运用分子动力学方法对高岭石ＯＡ、ＯＢ、ＯＣ三个方向进行单轴拉伸模 拟,从微观角度还原高岭石变形及破坏的过程,研究了高岭石在不同温度下的微观结构变化、拉伸 过程中的变形机理以及拉伸力学性能的温度效应。 结果表明,弛豫后的高岭石随着温度升高产生 热膨胀;沿ＯＡ和ＯＢ方向的拉伸,一旦裂纹形核出现,裂纹将会快速扩展,从而导致应力急剧下降, ＯＣ方向在拉伸过程中会出现整层分离的现象,构型将随着氢键作用的消失而发生破坏。 高岭石力 学性能对温度具有很强的依赖性:抗拉强度、杨氏模量与温度呈负相关关系;随温度升高,拉伸极限 应变和残余强度呈降低的趋势,强度衰减系数呈增加的趋势,ＯＣ方向受温度影响最大,ＯＢ方向次 之,ＯＡ方向最小。     

温度及压力对高岭石吸水特征影响的分子动力学模拟

高岭石是煤系泥岩的主要黏土矿物组成成分之一,它的存在对泥岩的水理作用产生重要影响。高岭石与水相互作用的分子机制是深入认识泥岩遇水膨胀、软化崩解甚至泥化等现象的基础。分子动力学模拟技术是揭示物质结构与性质间关系、了解物理化学体系中物质相互作用机制的有力工具。应用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)及分子动力学(MD)方法对高岭石的吸水特征进行了模拟,研究了温度及压力对水分子在高岭石颗粒表面的吸附量、吸附位、吸附热、吸附能以及高岭石体积膨胀性等的影响规律,阐明了高岭石吸水的分子机制。研究结果表明:高岭石吸附水过程中,水分子和高岭石表面原子以H_w-O_k和O_w-H_k两种形式形成氢键联接;吸附热介于1.898～2.133 kJ/mol,远低于发生化学吸附的临界值42 kJ/mol,高岭石与水分子间的相互作用为典型物理吸附;吸附能为负值,高岭石吸水后体系热力学稳定,吸附能数值、吸附量及体积膨胀率变化规律相似,均随压力增加呈对数关系递增,而随温度升高递减且减幅相对较小;吸附位为吸附过程中水分子在高岭石颗粒表面某一位置出...     

煤泥水中煤与不同矿物相互作用的模拟研究

矿物界面间相互作用机理的研究对解决浮选提质增效与煤泥水难处理问题具有重要的理论指导意义,为探索煤泥水中煤与不同矿物之间的相互作用机理,本文采用分子动力学方法模拟研究水溶液中Wiser煤模型~([1])在石英、高岭石、蒙脱石矿物颗粒表面的相互作用行为,通过对煤分子与不同矿物间相互作用运动过程分析可知,煤泥水中石英、高岭石、蒙脱石矿物的存在,使得具有疏水性的煤分子容易吸附于矿物表面,黏土矿物对煤的吸附强度强于石英矿物。对吸附稳定的煤分子平衡构型进行浓度分布曲线分析可知,煤分子中的苯环与含氧官能团更容易吸附在矿物表面,烷基等官能团则远离矿物表面。     

煤及高岭石的选择性絮凝

为考察选择性絮凝-浮选中絮凝剂对煤与高岭石的选择性作用,研究了絮凝剂聚丙烯酰胺在煤及高岭石表面的吸附等温线及吸附量差值。使用激光粒度分析仪测试了煤和高岭石在不同聚丙烯酰胺作用下所形成絮体的表观粒径分布,并计算了聚丙烯酰胺分子的流体力学半径和吸附半径以讨论其空间吸附构象。研究表明,煤对阴离子型聚丙烯酰胺的吸附量高于高岭石,且吸附量差值随分子量的增大而减小,高岭石对阳离子型聚丙烯酰胺的吸附量高于煤,吸附量差值较小。分子量为3×10 6阴离子型聚丙烯酰胺选择性最好,煤和高岭石对其吸附过程更符合Langmuir吸附模型,质量浓度为12 mg/L时,煤对其吸附量是高岭石的2.15倍,使煤絮体的d10,d50,d90分别为高岭石絮体的8.42,2.60和2.75倍。计算聚丙烯酰胺的吸附半径小于其流体力学半径,其在矿物表面的吸附发生了强度不同的压缩或穿插效应。     

经典分子动力学模拟在矿物浮选研究中的应用

随着矿物浮选研究的深入发展以及计算机性能的不断提升,分子动力学模拟已逐渐成为研究矿物浮选的重要手段。经典分子动力学模拟可以从分子或原子层面展示矿物界面的相互作用,从微观角度研究浮选现象,深入分析矿物表面及界面相互作用,并为浮选药剂筛选和药剂分子设计提供理论依据。其在矿物浮选研究中的应用,主要包括在矿物表面结构、矿物与药剂相互作用,以及药剂筛选和药剂分子设计研究中的应用。      

煤与高岭石的浮选分离试验研究

为了探索煤泥水中的高岭石与煤浮选分离规律,通过单矿物浮选试验、人工混合矿物浮选试验以及接触角试验分析,研究了正十二烷药剂浓度对煤、高岭石浮选特性规律以及不同混合比例下煤与高岭石的浮选分离特性规律。试验结果表明:正十二烷药剂浓度在800 g/t时,煤与高岭石的单矿物浮选产率差值最大,二者分别为92.12%、42.34%;人工混合矿物浮选分离试验中,不同配比混合矿物都有较好的分离效率,浮选分离效率均大于75%,且当混合比例为1∶1时,浮选分离效率最高,为80.23%;通过接触角的变化可知,相较于高岭石,煤对正十二烷的吸附性更强。     

水质硬度对煤泥水中煤和高岭石颗粒分散行为的影响

利用扩展的DLVO理论计算了2种硬度条件下煤和高岭石组成的煤泥水中颗粒之间的相互作用,建立了包括范德华作用能、静电作用能与界面极化作用能与颗粒间距的势能曲线,并进行了沉降试验.结果表明:当水质硬度为1.0 mmol/L时,煤颗粒之间、高岭石颗粒之间以及煤与高岭石颗粒之间都不凝聚而处于悬浮态;当水质硬度为10.0 mmol/L时,煤颗粒之间最易凝聚,其次是煤颗粒和高岭石颗粒凝聚,剩余的高岭石颗粒始终不凝聚而分散悬浮于水中.     

水质硬度对煤泥水中煤和高岭石颗粒分散行为的影响

利用扩展的DLVO理论计算了2种硬度条件下煤和高岭石组成的煤泥水中颗粒之间的相互作用,建立了包括范德华作用能、静电作用能与界面极化作用能与颗粒间距的势能曲线,并进行了沉降试验.结果表明：当水质硬度为1.0 mmol/L时,煤颗粒之间、高岭石颗粒之间以及煤与高岭石颗粒之间都不凝聚而处于悬浮态;当水质硬度为10.0 mmol/L时,煤颗粒之间最易凝聚,其次是煤颗粒和高岭石颗粒凝聚,剩余的高岭石颗粒始终不凝聚而分散悬浮于水中.     

阳离子捕收剂对高岭石的捕收性能及动力学模拟

通过单矿物浮选试验、Zeta动电位测定、红外光谱测试和MS 6.0分子动力学模拟,分析了十二胺盐酸盐(DAH)和十二胺聚氧乙烯醚(AC1201)对煤系高岭石的浮选行为和作用机理。结果表明,药剂浓度为750g/t时,AC1201可较好地浮选高岭石。借助MS软件模拟,构建DAH和AC1201单分子在高岭石(001)面的最优吸附构型,计算结果表明:AC1201分子距高岭石(001)面的最小距离小于DAH分子距高岭石表面的最小距离,而且AC1201分子与矿物表面的接触面积大于DAH,吸附能更低。理论计算和浮选实验结果相互一致,可为探索高岭石浮选药剂提供理论基础。     

煤系高岭土微细粉体振动流化床煅烧的试验研究

针对由耐火材料构造的高温煅烧窑炉难以实现整体振动的特殊性,开发了具有分布板振动特征的新型振动流态化煅烧工艺,在 35 mm振动流化床煅烧炉实验装置中实现了煤系高岭土微细粉体（平均粒径25.8 μm）的流态化煅烧,并进行了静态煅烧、常规流态化煅烧和振动流态化煅烧的对比试验。研究表明:流态化烧成速度明显优于静态煅烧;分布板振动可有效减小微细颗粒团聚体尺寸,改善流化质量,缩短烧成时间。在适宜煤系高岭土煅烧的温度（900 ℃）下,实现振动流态化煅烧的最佳的工艺条件是:流化气速7 cm/s,振动频率25 Hz。     

煤泥磨矿分级浮选及高岭土回收试验研究

为提高浮选精煤质量和产率,充分利用煤系伴生矿物,通过对林西矿选煤厂浮选入料进行磨矿解离和浮选试验研究,制定了"浮选入料磨矿+旋流器分级脱泥+旋流器底流浮选+旋流器溢流磁选"提纯回收高岭土工艺流程.该工艺控制浮选入料磨矿细度为＞0.037 4 mm占60％,对解离后的浮选入料依次采用φ150、φ75、φ50、φ10 mm...     

燃煤细颗粒物排放实验及形成机理

为了研究不同变质程度煤粉燃烧后细颗粒物排放特性及生成机理,选取4种不同变质程度的煤,在实验室滴管炉（DTF）上开展了燃煤细颗粒物排放的实验研究,阐述了煤燃烧过程颗粒物形成机理,分析了煤中外在矿物和内在矿物对细颗粒物生成的贡献。实验结果表明煤燃烧颗粒物排放呈三模态分布,峰值分别0.05,0.5和5 μm左右;煤的变质程度和温度对于颗粒物的三模态分布几乎没有影响;温度促进细模态颗粒物的生成;难熔元素,如Al和Si在粗颗粒中明显富集;易挥发元素如S在超细模态颗粒物中明显富集;燃煤粗颗粒主要由煤中内、外在矿物的熔融聚合形成,黏附在煤胞壁上的内在矿物在煤焦破碎过程中熔融聚合可能是形成中间模态中不规则形貌颗粒物的原因之一。     

煤炭矿区环境系统动态仿真研究

目前，人口、资源与环境三大问题日益受到人类社会的普遍关注。矿区作为资源开发与原材料生产的主要场所，尤其应该更加重视。本文以研究复杂问题和复杂系统的有效工具——系统动力学为手段，把煤炭矿区环境系统分成固体废物、水和大气三部分，建立了煤炭矿区环境系统动态仿真模型。并以某煤炭矿区为例，进行了历史检验和动态仿真与预测。研究表明，所建立的模型是有效的和可信的，能够充分代表现实的煤炭矿区环境系统。该模型还具有一定的通用性和可移植性。     

微细高岭石颗粒在惰性电解质溶液中的质子化和去质子化作用

为掌握微细高岭石颗粒在惰性电解质溶液中的质子化/去质子化过程对其电动特性的影响规律,通过ZetaProbe 分析仪测定不同浓度NaCl溶液中高岭石颗粒表面ζ电位,用Gouy-Chapman理论和Nernst 方程对高岭石颗粒在不同溶液环境中的质子化/去质子化作用进行理论分析。结果表明：两种不同浓度NaCl溶液中,高岭石颗粒表面ζ电位与pH的关系为：在溶液pH值为4.0和7.5附近产生一个非IEP的交点;当NaCl的浓度由0.001 mol/L增加到0.010 mol/L时,高岭石的IEP从pH=3.3降低到3.0,当NaCl的浓度≥0.100 mol/L时,高岭石颗粒在整个pH范围内均荷负电荷;在pHIEP 7.5时,高岭石颗粒表面ζ电位与NaCl浓度成正比。NaCl溶液中电解质离子在溶液pHpHPZNPC 时对HD面的去质子化反应的促进作用是微细高岭石颗粒在NaCl溶液的电动特性的主要成因。     

高岭石对煤泥沉降影响的研究

煤泥水难以沉降的主要原因是其中粘土矿物含量多、粒度细,易形成胶体悬浮液。高岭石是最主要的粘土矿物之一,文章从高岭石的粒度和含量两方面,研究了高岭石对纯煤沉降的影响,研究结果表明:高岭石的粒度对其沉降影响较小;阳离子PAM适合于含有高岭石的煤泥沉降,随着高岭石含量的增加,阳离子PAM加入量以2‰～3‰为宜。